变压器绝缘油中微水监测探讨论文
摘要：阐述了变压器油中微水的状态及危害,论述了变压器绝缘油中微水的测试方法,以期为变压器绝缘油中微水监测提供参考。
关键词：变压器;绝缘油;微水监测
目前电力变压器不仅属于电力系统最重要的和最昂贵的设备之列,而且也是导致电力系统事故最多的设备之一。变压器在发生突发性故障之前,绝缘的劣化及潜伏性故障在运行电压的作用下将产生光、电、声、热、化学变化等一系列效应及信息。因此,国内外不仅要定期做以预防性试验为基础的预防性维护,而且相继都在研究以在线监测为基础的预知性维护策略,以便实时或定时在线监测与诊断潜伏性故障或缺陷[1-4]。变压器绝缘油中微水的含量也是确定变压器绝缘质量的参数。变压器在线智能诊断设备能够自动采集、分析油中微水的含量并得出故障原因,提供解决方案,使用户及时解决变压器中存在的隐患,防止事故发生。
1变压器油中微水的状态及危害
变压器在运输、贮存、使用过程中都可能由外界进入或油自身氧化产生水,产生的水分会以下列状态存在:一是游离水。多为外界入侵的水分,如不搅动不易与水结合。不影响油的击穿电压,但也不允许,表明油中可能有溶解水,立即处理。二是极度细微的颗粒溶于水。通常由空气中进入油中,急剧降低油的击穿电压。介质损耗加大,真空滤油。三是乳化水。油品精炼不良,或长期运行造成油质老化,或油被乳化物污染,都会降低油水之间的界面张力,如油水混合在一起,便形成乳化状态。加破乳化剂。其危害:一是降低油品的击穿电压。100～200 mg/kg击穿电压大幅度降至1.0 kV,油中纤维杂质极易吸收水分,在电场作用下,在电极间形成导电的“小桥”,因而容易击穿。二是使介质损耗因数升高。悬浮的乳化水影响最大,不均匀。三是促使绝缘纤维老化,绝缘纤维的分子是葡萄糖(C6H12O6)分子,水分进入纤维分子后降低其引力,促使其水解成低分子的物质,降低纤维机械强度和聚合度。实验证明,120 ℃,绝缘纤维中的水分每增加1倍,纤维的机械强度下降1/2,当温度升高,油中的水增加,纤维的水降低,温度降低,则相反。因此,应监视油中的微水,进而监视绝缘纤维的老化。四是水分助长了有机酸的腐蚀能力,加速了对金属部件的腐蚀。综上所述,油中含水量愈多,油质本身的老化、设备绝缘老化及金属部件的腐蚀速度愈快,监测油中水分的含量,尤其是溶解水的含量十分必要。
2变压器绝缘油中微水的测试方法
评估绝缘材料中的湿度,是确保变压器可靠性和使用寿命的一个重要因素。绝缘油中的湿度在不断地变化,因而可能对质量造成不利影响。另外,大部分湿度分布在绝缘纸中。湿度会影响固体和液体绝缘材料的介电击穿强度,并影响纤维素绝缘材料的老化速度以及过载期间的气泡形成倾向。环境温度、负载、老化、泄漏以及其他因素会引起湿度的不断变化。因此,随着变压器温度的循环变化,需连续监视和诊断。这对过载或峰值负载的变压器更有必要。变压器绝缘系统中的总湿度由纤维素和液体中的水分含量决定。绝缘纸和绝缘油中的湿度关系仅取决于温度。当温度增加时,水在绝缘油中的溶解性(溶液含水能力)增加,水分会从绝缘纸转移到绝缘油中。当温度降低时,这一过程则会反向进行,但水分从液体介质流动到固体绝缘材料的速度相当缓慢。因此,绝缘油冷却期间的含水量高于加热期间。因此,要准确掌握变压器中的湿度分布,必须知道设备在其热循环中所处的位置。要通过监视液体介质中的水分含量了解绝缘纸的真实湿度,变压器必须处于相对稳定的温度状态。
绝缘油中水分的相对饱和度需要标准化,因绝缘油中的湿度与温度变化紧密相关,并且在变压器主箱中存在一定的'温度梯度(通常箱的顶部温度要高于底部)。要完成标准化,专家系统分析需推断底部的相对饱和度百分数。可通过采用传感器报告的温度和其采样位置获得。该分析假定变压器顶部温度比底部温度高出10 ℃。如采用顶部或底部之外的位置作取样点,则必须指定温度偏差。通过湿度的相对饱和度以及具体测量温度,专家系统将以一定相对饱和度百分数作绝缘纸湿度的计算结果。必须注意,该计算只基于单次测量的结果信息,可能未反映出绝缘纸真正的湿度浓度,特别是在变压器刚经历剧烈的温度变化后。如果专家系统确定变压器处于平衡状态(绝缘纸既不释放也不吸收湿度),则计算第2个相对饱和度百分数,该饱和度为变压器处于平衡状态时的最近30次相对饱和度百分数测量结果的平均值。前面记录的温度和变化决定了是否存在平衡的判断标准。有4种可用警报。湿度警报显示时以“P”作首个字符。第2个字符为0~3的数字。P0警报表示传感器故障。P1警报表示未执行分析。P1、P2和P3警报均依赖于相对饱和度百分比。警报的条件:1为绝缘油湿度的相对饱和度百分比≥50,但<75;2为绝缘油湿度的相对饱和度百分比≥75。
3参考文献
[1] 朱德恒,谭克雄.电绝缘诊断技术[M].北京:中国电力出版社,1999.
[2] 陈伟根.以油中多种气体为特征量的变压器绝缘在线监测及故障诊断技术研究[D].重庆:重庆大学,2003.
[3] 孙才新,陈伟根.电气设备油中溶解气体在线监测与故障诊断技术[M].北京:科学出版社,2003.
[4] 李潇潇,孙宝元,戴恒震,等.变压器绝缘纸板微水分在线监控系统[J].仪表技术与传感器,2005(7):49-50.
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